(57)【要約】【課題】高性能電気再生式純水製造装置および製法を提供する。【解決手段】  １）脱塩室のイオン交換樹脂を、異なる二つの樹脂群に分けて、溶解または化学的分解により除去できる除去可能物質または該物質を主要成分として構成された、必要により樹脂群収容区画を有する、セパレーターを用い、隣接する区画には異なる樹脂群を交互に入れ、これを脱塩室内に収容した装置を組み立てた後、除去可能物質の除去処理を行う電気再生式脱塩装置の製法。  ２）脱塩室内の有効膜面積の６０〜１００％の面積範囲において、アニオン交換樹脂主体およびカチオン交換樹脂主体の二つのイオン交換樹脂群が、脱塩室のイオン交換膜の間に膜面にほぼ垂直な薄層となって、交互あるいは互い違いに積層され、該層間にはイオン交換樹脂の移動を阻止または抑制するネットが介在し、脱塩室の膜間距離が３〜３００ｍｍである電気再生式脱塩装置。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と陰極室の間にアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に配して濃縮室と脱塩室とを交互に設け、脱塩室内にイオン交換樹脂層を有する電気再生式純水製造装置の製法であって、イオン交換樹脂層を構成するイオン交換樹脂を、異なる二つの樹脂群に分けて、溶解または化学的分解により除去できる除去可能物質または該物質を主要成分として構成された、必要により樹脂群収容区画を有する、セパレーターを用い、隣接する区画には異なる樹脂群を交互に入れ、これを脱塩室内に収容した装置を組み立てた後、除去可能物質の除去処理を行うことを特徴とする、電気再生式脱塩装置の製法。
【請求項２】
用いるセパレーターが、樹脂群収容区画となる凹部を表裏で交互に有する、脱塩室に収容可能なシート状物であり、異なるイオン交換樹脂群をシートの表裏に分けて収容する請求項１の方法。
【請求項３】
用いるセパレーターが、表裏に貫通する多くの樹脂群収容区画を有する、脱塩室に収容可能なハニカム構造物であり、隣接する樹脂群収容区画に異なるイオン交換樹脂群を交互に収容する請求項１の方法。
【請求項４】
用いるセパレーターが、シート状物であり、異なるイオン交換樹脂群よりなる交互層を形成する過程で、これを隔膜として層間に入れる請求項１の方法。
【請求項５】
用いるセパレーターが、除去処理に耐え処理後ネット状に残る合成繊維と除去可能物質との複合物で構成され、除去処理後の脱塩室のイオン交換樹脂群界面に、イオン交換樹脂の移動を阻止または阻害するネットを存在せしめる請求項１、２、３および４の方法。
【請求項６】
陽極室と陰極室の間にアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に配して濃縮室と脱塩室とを交互に設け、脱塩室内にイオン交換樹脂層を有する電気再生式純水製造装置であって、脱塩室内の有効膜面積の６０〜１００％の面積範囲において、アニオン交換樹脂主体およびカチオン交換樹脂主体の二つのイオン交換樹脂群が、脱塩室のイオン交換膜の間に膜面にほぼ垂直な薄層となって、交互あるいは互い違いに積層され、該層間にはイオン交換樹脂の移動を阻止または抑制する「存在感の薄い」合繊ネットが介在し、脱塩室の膜間距離が３〜３００ｍｍであることを特徴とする電気再生式脱塩装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気再生式純水製造装置に関し、詳しくは該装置の中枢である脱塩室の簡単かつ画期的な調整法ならびにこの方法により得られる新規かつ改善された電気再生式純水製造装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
脱塩用電気透析装置の脱塩室にイオン交換体を挿入してなる電気再生式純水製造装置が開発され、実用化段階に入っている。この装置は陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜に挟まれた脱塩室内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合物を充填して構成され、電圧を印加しながら被処理水を脱塩室を通過させることにより純水を得るもので、カラムに詰めたイオン交換樹脂を用いる従来法に比べ、再生剤が不要で、優れた信頼性が得られる電気制御下で連続的な運転ができる利点がある。
【０００３】
脱塩室に充填されるイオン交換樹脂は、通常、膜間距離が２〜５ｍｍの比較的狭い脱塩室内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物の水分散液として充填されるが、充填時にイオン交換樹脂が共に遊離型である場合には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが凝集構造を造るため、嵩高となる上に同一樹脂の繋がりが途絶えがちで、空隙率が高く、電気抵抗が高めとなる。
またイオン交換樹脂が塩型である場合には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比重差に起因する沈降速度の開きが大きく均一に充填することは困難であり、脱塩室内を複数に分割するなどの工夫がなされている。
いずれの方法もイオン交換樹脂は、理想とはかけ離れた無秩序な状態で脱塩室に充填されている。
【０００４】
一方でこうした現状より抜け出す試みも出始めており、特評２０００−５０４２７３では、脱塩室内にアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層を交互にして配置し、そのうえアニオン交換樹脂にはタイプIIのアニオン交換樹脂を使用する方法が、低い電気抵抗で高純度水を得る方法として提案されている。
この方法は進むべき方向を示した提案ではあるが、脱塩室内に特性の異なるイオン交換樹脂装を交互に充填する作業は想像以上に困難であり、水の純度を高めるためにはこうした交互層を数多く設ける必要があり、現状では、充填の精度および再現性に限界がある上、多大の労力を要し、特に薄層での工業的実施は極めて困難と考えられる。
【０００５】
また、特開２００１−２５６４７では、脱塩室内に入れたスペイサー状の区画部材を利用してアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂など好みのイオン交換樹脂組成を各区画ごとに分けて収容してなる装置が開示されている。この場合もイオン交換樹脂の収容作業は想像を超えた困難を伴うが、区画材が非導電性で電気抵抗が増大し、イオン交換樹脂の充填量も大幅に減少する。たとえば最も一般的に使用される６〜７ｍｍ角の目開きを有するスペイサーを区画材とする場合、イオン交換樹脂の充填量は約４割も減少する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らはかかる現状に鑑み、電気再生式純水製造装置にとって脱塩機能を発揮する脱塩室内のイオン交換樹脂の充填が決め手との観点にたち、イオン交換樹脂を理想的配列に再現性よく充填できる手法について、鋭意検討を重ねた結果、遂に本発明に到達したものであり、本発明は、
１）陽極室と陰極室の間にアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に配して濃縮室と脱塩室とを交互に設け、脱塩室内にイオン交換樹脂層を有する電気再生式純水製造装置の製法であって、イオン交換樹脂層を構成するイオン交換樹脂を、異なる二つの樹脂群に分けて、溶解または化学的分解により除去できる除去可能物質または該物質を主要成分として構成された、必要により樹脂群収容区画を有する、セパレーターを用い、隣接する区画には異なる樹脂群を交互に入れ、これを脱塩室内に収容した装置を組み立てた後、除去可能物質の除去処理を行うことを特徴とする、電気再生式脱塩装置の製法、および
２）陽極室と陰極室の間にアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に配して濃縮室と脱塩室とを交互に設け、脱塩室内にイオン交換樹脂層を有する電気再生式純水製造装置であって、脱塩室内の有効膜面積の６０〜１００％の面積範囲において、アニオン交換樹脂主体およびカチオン交換樹脂主体の二つのイオン交換樹脂群が、脱塩室のイオン交換膜の間に膜面にほぼ垂直な薄層となって、交互あるいは互い違いに積層され、該層間にはイオン交換樹脂の移動を阻止または抑制する「存在感の薄い」合繊ネットが介在し、脱塩室の膜間距離が３〜３００ｍｍであることを特徴とする電気再生式脱塩装置、に関する。
【０００７】
本発明法によれば、電気再生式純水製造装置の性能を決定する脱塩室のイオン交換樹脂配列が、セパレーターのパターンどうりに、再現性よく、かつ容易に実現できる。セパレーターは、主要部または全てが消滅するため、通水性、電導性に対する悪影響も回避できる。
また本法の特徴を活用して合理的な樹脂配列の脱塩室を有してなる本発明装置は、超高純度の純水が良好なエネルギー効率で得られ、さらに高精度の脱塩室を安定化する機構を備えることにより、装置設計上の自由度が増し、高性能化、大型化あるいは小型化にも対応できる特徴を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明法により、電気再生式純水製造装置の性能を決定する脱塩室のイオン交換樹脂配列が、ほぼセパレーターのパターンどうりに実現できるようになった。セパレーターは、主要部または全てが消滅するため、通水性、電導性に対する悪影響も回避できる。
本法の特徴を活用して合理的なイオン交換樹脂の配列を実現した本発明装置は、超高純度の純水が良好なエネルギー効率で得られ、さらに高精度の脱塩室を安定化する機構を備えることにより、装置設計上の自由度が増し、高性能化、大型化あるいは小型化にも対応できる特徴を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明法
以下、本発明について、先に本発明法について説明し、本発明装置については後述する。
本発明で用いるセパレーターは形状的に以下の３つに大別できる。
第１は、用いるセパレーターが、樹脂群収容区画となる凹部を表裏で交互に有する、脱塩室に収容可能なシート状物で有る場合であり、第２は、用いるセパレーターが、表裏に貫通する多くの樹脂群収容区画を有する、脱塩室に収容可能なハニカム構造物である場合であり、第３は、用いるセパレーターが単なるシート状物である場合である。
【００１０】
第１および第３の場合、セパレーターを構成するシート状物としては、フィルムおよびネットがあり、より詳しくは単なるフィルム、紙、合成繊維を編織して得られたネット、フィルムに穴を開けたネットなどがあり、これらを単に重ね合わせたり貼り合わせたり、ネットにフィルム形成性の塗膜を形成したものも含まれる。
これらは溶解または化学的に分解して除去できる「除去可能物質」、またはこれと除去できない繊維との複合物（後述）より構成される。
【００１１】
除去可能物質
化学的に分解して除去できる繊維としては、硫酸、塩酸などの強酸またはこれらの水溶液により分解できるセルロース繊維、再生セルロース繊維、セルロースアセテートあるいはセルローストリアセテート繊維など、また苛性ソーダ、苛性カリなどの強塩基性物質の水溶液により分解できる6-ナイロン、6,6-ナイロンなどのポリアミド繊維、絹、ウールなどの蛋白繊維、およびポリ乳酸繊維などの脂肪族ポリエステル繊維を挙げることができる。
また、溶解して除去できる繊維の例としては、温水または熱水で溶解するポリビニルアルコール系繊維がある。
【００１２】
分解または溶解できる、フィルムまたは塗膜となるポリマーとしては、上記した繊維原料が使用できる他、澱粉、セルロースから合成される各種糊剤、ポリアルギン酸、ゼラチン、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルフォン酸などの天然および合成水溶性高分子が水または温水可溶であり、これらはフィルムまたは塗膜として使用できる。
【００１３】
上記第１のセパレーターは、原料シートを折り曲げ加工、エンボス処理などにより樹脂群収容区画となる凹部を表裏に形成して使用できる。このセパレーターを片面上方より眺めた凹凸模様には、[１]直線状、ジグザグ状、同心円状、渦巻き状などで細長い凹部と凸部を交互に繰り返し有する波板模様、[２]（長）方形あるいは（楕）円形などの凹部と凸部を、交互に有する市松模様、[３]シート面の全面に広がる凹部（海）の中に（長）方形、（楕）円形あるいは帯状などの形状の凸部（島）が分散して存在する海島模様、さらに[４]これらのパターンを複数組合わせてた複合タイプ等がある。
【００１４】
一方、セパレーターがハニカム構造である第２の場合は、所定の局所々々を熱接着などにより固定したシート状物の積層体を所定幅に切断したものを拡幅、熱セットする方法を始めとする、板状ハニカム構造物の製法を利用して調整できる。
樹脂群収容区画の画壁は、第１の場合同様にシート状物が使用でき、上から見た区画形状は、上記第１の場合に対応する、[１]波板模様、[２]市松模様、[３]海島模様、および[４]これらの複合タイプがあり、これらのうち作りやすいハニカム構造を選定すればよい。
【００１５】
セパレーターはシート状、ハニカム状何れの場合も、脱塩室に収容できるもので、脱塩室枠に納まる面的形状と脱塩室の幅に対応する厚みが必要である。  
セパレーターがシート状である場合には、凹凸によりシートの本体部分に比べ数倍から数十倍、場合によっては数百倍の見掛け厚みを有するが、脱塩室に格納するためには、この見掛け厚みは脱塩室の膜間距離の０．８〜１．０倍であることが好ましい。
ただし、少なくとも凸部の頂上部分が薄く極めて簡単に変形する場合には対応する凹部に収容するイオン交換樹脂量を少なめに調節すれば、距離を２、３割上回ってもよい。
【００１６】
シート状セパレーターは脱塩室に収容された状態で、脱塩室の隔壁である２枚のイオン交換膜とほぼ接触するものであるが、凹部の隅は鋭角に折れたコーナーを持つ必要はなく、コーナーはなだらかな曲面でもよい。また凹部の入口面積と底部面積は、頂部面積が底部より狭くてもあるいは広くてもよい。
【００１７】
このシート状セパレーターを使用して脱塩室を形成するには、平面上に置いた脱塩室室枠の枠内部分にセパレーターを置き、上に一方の樹脂群を乗せ、これを拡げてセパレーターの上面にある全ての凹部に入れる。この操作は樹脂群を棒または板を用い、室枠とセパレーターの凸部で擦り切る様に拡げることにより、凹部が細かく数多くさらに複雑な形状であっても、比較的容易に実施できる。
次にこの上にイオン交換膜を重ね、イオン交換膜、脱塩室室枠、樹脂が入ったセパレーターを共に密着状態を保って、表裏（上下）を逆転させ、セパレーターの別面（最初の裏面）を上にする。以下、上記と同様にして別の樹脂群を入れると、セパレーターの表裏の全ての樹脂群収容区画に表裏で異なったイオン交換樹脂群を入れたことになる。
この上に所定のイオン交換膜を重ね合わせ、さらにこれに濃縮室室枠を重ねたものを１セットとする積層作業を所定回数繰り返し、両端に電極室を加え一体化することにより、目的とする純水製造装置の本体部分となる。
【００１８】
一方セパレーターがハニカム構造である場合、異なる樹脂群をそれぞれ所定の区画に収容する具体策として、一方の樹脂群が入るべき区画を塞ぐ突起群を正確に位置を決めて固定してなる室枠より一回り広めの突起板を用意し、突起面を上にして平面上に置き、これにセパレーターを重ね合わすことにより、突起を挿入して所定の区画を塞ぐ。次にこのセパレーターを取り囲むように脱塩室室枠をセットし、最初に収容する樹脂群をセパレーター上に置き、これを拡げて突起の入っていない全ての区画に収容する。ついで片方のイオン交換膜を脱塩室室枠に重ね、全てを上下を逆転して平板上に置き、突起板を上方に引き抜き、新たに出現した空の区画に、残った別の樹脂群を同様の操作により入れ、もう一方のイオン交換膜を重ね合わせ、これに濃縮室室枠を重ねる。以降上記シート状セパレーターの場合と同様にして、純水製造装置の本体部分を組み立てることができる。
【００１９】
用いるセパレーターが単なるシート状物である第３の場合には、これを異なる樹脂群の交互層を形成する過程で、隔膜として層間に入れて使用する。
このセパレーターは大量の樹脂を収容する広幅の脱塩室を調整するのに適しており、こうした交互層を形成するには、直接、脱塩室室枠内で形成しても、あるいは外部で所定のサイズに形成し脱塩室内に収容してもよい。
【００２０】
除去可能物質の除去
セパレーターを構成する除去可能物質を除去するには、まず、純水製造装置として組み立てた状態で分解液（多くの場合、酸またはアルカリ水溶液）または溶解液（多くの場合、水または温水）を脱塩室に循環し、分解液または溶解液については必要により更新して分解または溶解を完全に行う。次に、循環液を純水に置換して処理液の排出と洗浄を行い、さらに純水で洗浄する。
最後に、純水製造条件で脱塩室内のイオン交換体を遊離型に調整し、純水の製造運転に入ることができる。
【００２１】
この除去処理により、セパレーターは、完全に消滅するか、合成繊維のネットを残して除去可能物質は消滅し、脱塩室内では空きスペースが生じる。
一方、イオン交換樹脂は、水と接触する、周りの水溶液の電解質や溶質濃度の減少、さらに塩型から遊離型になる、それぞれの段階で膨潤または膨潤度合いが増すので、乾燥イオン交換樹脂を用いた場合、最終的にはかなりの体積増加が起きる。
このため、除去可能物質の消滅とイオン交換樹脂の膨潤による相反する効果を利用して、最終的にバランスの取れた充填状態とすることが肝要であり、これには用いるイオン交換樹脂の使用量による調整が最も簡単である。
【００２２】
樹脂群
本発明法は、電気再生式純水製造装置の機能向上目的で脱塩室内に性格の異なる樹脂群が混在する樹脂層を設けるための合理的な方法を提供するものであるが、個々の改善効果、そのための樹脂群のあり方を限定するものではない。
イオン交換性、イオン交換容量、比重、粒径、等により決定される特性を備えた個々のイオン交換樹脂が単独のあるいは混合された集合よりなる樹脂群には、種々の性格を持たすことができ、それぞれの目的に応じ、二つの樹脂群を選択し、最適の配置をとればよい。
【００２３】
請求項１の本発明法に適用した場合に効果的な樹脂群の例として、アニオン交換樹脂単独またはアニオン交換樹脂が６５％以上で構成されるアニオン交換樹脂主体の樹脂群Ａ、カチオン交換樹脂単独またはカチオン交換樹脂が６５％以上で構成されるカチオン交換樹脂主体の樹脂群Ｃ、およびアニオン交換樹脂が３５〜６５％であるアニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂よりなる混合樹脂群Ｍの三群のなかから任意の二群を用いるケースを挙げることができる。
【００２４】
ネットを残す
本発明法では、セパレーターを構成するシートとして、除去可能物質と共に除去処理に耐え処理後ネット状に残る合成繊維とが複合したシートよりなるセパレーターを使用でき、除去処理後の脱塩室の樹脂群界面に、イオン交換樹脂の移動を阻止または阻害し樹脂層を安定化する、ネットとして存在せしめることができる。
なお、除去処理に耐える細いモノフィラメント糸を添えた糸より得られた織物または編み物をセパレーターとして使用し、除去処理後、繊維の太さに対し著しく目開きが大きくかつ柔らかなネットを樹脂群の界面に存在せしめることができ、これは後述の本発明装置において極めて重要である。
【００２５】
除去処理に耐える繊維
分解処理や溶解処理に耐える合成繊維としては、例えばポリオレフィン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維をはじめ処理後に繊維がネット状に残るものであればよく、繊維の太さ、ネットの目開きは目的により選択すればよいが、通水性を低下しないためには細繊度のフィラメント糸またはモノフィラメントよりなる樹脂粒径近くネットとして残るよう設定するのが好ましい。
かかるセパレーターとしては、除去可能物質よりなる除去できる繊維と除去できない繊維とを混用した編織布、除去できない合成繊維製ネットと除去できるフィルムを貼り合わせたり、あるいはネットに除去可能物質の塗膜を形成したものを例示できる。
【００２６】
本発明装置
以下、本発明装置について詳述する。
本発明装置は、前述した製法の特徴を最も効果的に活用して得られた、新規かつ改良された電気再生式純水製造装置である。
すなわち本発明装置とは、陽極室と陰極室の間にアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に配して濃縮室と脱塩室とを交互に設け、脱塩室内にイオン交換樹脂層を有する電気再生式純水製造装置であって、脱塩室内の有効膜面積の６０〜１００％の面積範囲において、アニオン交換樹脂主体およびカチオン交換樹脂主体の二つのイオン交換樹脂群が、脱塩室のイオン交換膜の間に膜面にほぼ垂直な薄層となって、交互あるいは互い違いに積層され、該層間にはイオン交換樹脂の移動を阻止または抑制する「存在感の薄い」合繊ネットが介在し、脱塩室の膜間距離が３〜３００ｍｍであることを特徴とする電気再生式脱塩装置である。
【００２７】
脱塩と混床効果
イオン交換樹脂を充填したカラムを用いる従来方式の純水製造法では、被処理水が充填層を通過する過程で、被処理水が持ち込んだ塩分がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂に捕捉されて脱塩されるが、この際にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂がよく混合して共存するといわゆる混床効果により、脱塩が効果的に（より速く高レベルに）進行することが知られている。
【００２８】
捕捉したイオンの排出と最適樹脂配列  
一方、電気再生式純水製造装置としては、イオン交換樹脂に捕捉されたイオンが電気エネルギーにより濃縮室に向けて移動し排出されるが、こうしたイオンの移動の効率の良さが求められる。
実施例１は、脱塩室内に共に多孔質のアニオン交換シートとカチオン交換シートをそれぞれ２枚づつ、計４枚をイオン交換樹脂に代わるモデル充填物質として挿入し、シートの位置を変えた場合の通電特性を調べたものである。
【００２９】
その結果、図１において、逆バイアス界面（陽極側のアニオン交換体と陰極側のカチオン交換体との接触面、電圧を印加するすると水が水酸イオンと水素イオンに別れる水解現象が起きる場所として知られている。）は、[１]では１ヶ所、[２]は２ヶ所、[３]では３ヶ所であり、この順に電流（すなわちイオン）が流れ易いことを示している。このように、脱塩室内に全く同じイオン交換体が挿入されているにもかかわらず、その位置関係すなわち異種イオン交換体間の接触面（あるいは点）の多少により顕著な違いが生じることが確認できた。
【００３０】
逆バイアス界面がただ１ケ所である[１]の条件は、この界面を境として、陽極側へはアニオン交換体を介してアニオン交換膜、陰極側はカチオン交換体を介してカチオン交換膜へと、同じ極性のイオン交換体で濃縮室に繋がることであり、水解イオンのみならず、捕捉された被処理水由来のイオンの移動についても、途中に異種イオン交換樹脂が介在する場合に比べ、エネルギー的に有利であると考えられる。
すなわち、「膜間に逆バイアス界面を１ケ所のみとする」イオン交換樹脂配列が、電気再生式純水製造装置における、イオン交換樹脂の再生、捕捉したイオンの移動および排出よりなる一連の電気再生を、エネルギー的に最も効率的にするキーポイントとして捉えることができる。
【００３１】
混床効果と樹脂配列の両立
ところがこの条件は、逆バイアス界面を境にアニオン交換樹脂および／またはカチオン交換樹脂が繋がることであり、これはブロック化の方向であり、先述した脱塩性能に係わる「混床効果」とは逆相関にある。
そこで本発明者らは、先述した本発明法において、アニオン交換樹脂群とカチオン交換樹脂群を用い、セパレーターの樹脂収容区画の細分化により、混床効果との両立の可能性を模索し、以下のことを確認した。
【００３２】
[１]セパレーターの区画サイズを縮める方法により樹脂群の細分化を進めると、あるところより目立って脱塩性能が向上する兆候がでるが、脱塩室のセル電位の不可逆的な上昇が不規則に起きるようになる。（問題解決には樹脂配列の維持安定化策が必要である。）  
[２]細分化される樹脂群の形状は、断面が円形や方形をした棒状に比べ、横長断面の層状である方が、セパレーターの区画数が少なく、樹脂の収容作業も簡単かつ再現性に優れ、低めで安定したセル間電位（すなわち低い電気抵抗）となる。
[３]層間に介在するネットにより樹脂群の薄層積層構造は、劇的に安定化した。  さらに驚くべきことに、イオン交換樹脂群内に異種イオン交換体が少量混入させても、ほぼ低めのセル間電位を安定して維持できる。
本発明者らは、このような検討と知見を基に、さらに詳細について追求を重ね遂に本発明装置に到達した。以下、より具体的に本発明装置の説明をする。
【００３３】
薄層かつ積層構造
本発明装置では、樹脂群が脱塩室のイオン交換膜の間に膜面にほぼ垂直な「薄層となっている。
薄層とする理由は、上記試験で確認した[２]、[３]の事実にあり、また、この層が膜面にほぼ垂直であることは、層状の樹脂群が膜間を最短距離で結びエネルギー消費を最小にする条件であり、「ほぼ」垂直とあるのは垂直から３０度程度の傾斜も許容される。
【００３４】
本発明装置の薄層には、アニオン交換樹脂主体の樹脂群よりなる薄層（Ａ層）とカチオン交換樹脂主体の樹脂群よりなる薄層（Ｃ層）があり、これらは交互あるいは互い違いに積層されており、またこれらは横幅方向に、直線状であっても、湾曲していてもよく、また脱塩室室枠形状や脱塩室内における水の流線方向に性能が影響されないため方向性は自由である。
これらの薄層が積層された積層体を膜面より眺めた形状としては、[１]直線状、ジグザグ状、環状および渦巻き状など細長いＡ層とＣ層を交互に繰り返し有する波板模様、[２]共に細長いＡ層とＣ層を、交互かつ互い違いに有する変形市松模様、[３]シート面の全面に広がるＡ層（海）の中に細長い帯状のＣ層（島）が分散して存在するなどの海島模様、さらに[４]これらのパターンを複数組合わせてた複合タイプのいずれであってもよい。
【００３５】
層の厚さは０．７〜７ｍｍが好ましく、より好ましくは１〜４ｍｍである。
０．７ｍｍ以下は区画間隔が狭くなり、本発明法でしても再現性のよい充填が難しくなり、７ｍｍ以上では目的とする混床効果が得難く脱塩性能上の限界が生じるためである。
ここで層の厚さは、脱塩室の一方のイオン交換膜を外して積層構造を直接あるいは写真観察して測ることができる。
【００３６】
樹脂群の構成  
アニオン交換樹脂主体の樹脂群としてはアニオン交換樹脂が６５％以上、カチオン交換樹脂主体の樹脂群はカチオン交換樹脂が６５％以上で、いずれの樹脂群もより好ましくは８０％以上であり、上限は１００％、すなわち、単独使用の場合である。これらの構成比については、中性塩分解容量として測定される容量を基準としして算出される構成比（％）である。
なお、いずれのイオン交換樹脂群も３５％以上６５％以下の範囲では本発明装置の特徴が発揮しがたい。
【００３７】
脱塩室内にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を十分混合して充填した場合、異種イオン交換体間の接触面（または接点）が増し、膜間の電位が高くなる（すなわち電気抵抗が高まる）が、本発明装置の場合、反対荷電のイオン交換樹脂を限られた範囲ではあるが混合使用しても、かかる傾向は僅かに観測される程度である。
この原因については明らかではないものの、本発明の場合の樹脂層は、同じイオン交換樹脂よりなる幅広層状のイオン電導体の一部が、異物である異種イオン交換体や樹脂の欠在により置換された状態ととらえることができ、イオン（電流）はこうした異物を容易に迂回できる状況にあり、この点、同じ樹脂群が線状または棒状に並んだ場合に受ける影響とは大きな違いがある。
さらに、この異物は当該薄層の両サイドの薄層とは同じ樹脂であり、「薄層」の「積層体」であることは層を介した電流の迂回路が形成され易い形態でもあると考えられる。
【００３８】
「存在感の薄いネット」の大きな存在感
ネットは樹脂群の薄層の間に残り、隣接する樹脂群間の樹脂の移動を阻止または阻害して薄層の乱れを防ぐものである。
このネットは、細い繊維より構成され柔らかでかつ目開きが大きめであり、具体的には直径５〜１００μｍのモノフィラメント糸よりなり０．３〜３．０ｍｍの目開きのネットがよく、より好ましくは直径１０〜７０μｍのモノフィラメント糸よりなり０．４〜２．０ｍｍの目開きのネットである。
ここで目開きとは、ネットを通過できる最大の球体の直径とする。  
【００３９】
大きな目開きを持ちかくも細い繊維により構成されたネットは、目ずれのため、一般的に製造も扱いも困難であるが、本発明においては、請求項５の方法により、樹脂層間に介在した状態としてネットが出現するため、極めて合理的である。
このネットは、構成する繊維が細く、目開きが大きく、柔らかで、繊維量も微量であり、したがって樹脂層間に生成しても、その存在により、樹脂間隙を拡げることも殆どなく、充填密度、電導度、通水性に対する影響も極めて限定的であり、こうした意味で「存在感の薄いネット」と言える。
ところが、脱塩運転状態にあった脱塩室を開けると、ともに遊離型に再生されたアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂がネットを挟んで凝集し、ネットにあたかも固定されている状態が観察できる。
したがって、本発明脱塩室の薄層かつ積層された樹脂配列は、ネットとこれを中心に凝集した樹脂の積層体でもあり、「存在感の薄いネット」が該配列の安定に対し効果的に機能し、「大きな存在」となっているかが理解できよう。
【００４０】
広幅脱塩室
このようにネットが層間に介在することにより、ネットがなければ極めて崩れ易い、薄層を安定にしている。これは、脱塩室が広くなった場合、特に効果的であり、従来とは比べようのない幅広の脱塩室が可能となり、広い脱塩室と濃縮室よりなるユニットで、その数を減らしたシンプルな小型装置、一方でユニット当たりの能力の大きさを活かした大型大能力装置も可能である。
脱塩室の幅としては、３〜３００ｍｍの範囲であり、電気再生式純水製造装置として一般的な脱塩室から超広幅の脱塩室までが可能である。
【００４１】
この装置の脱塩室は、上述した本発明装置特有のネットで安定化された樹脂配列部分が、脱塩室の有効面積の６０％以上をしめる必要がある。
これは、この面積範囲が６０％以下になると本発明装置の目的とする特性が得難くなるためであり、この範囲は１００％に近いことが好ましい。
残りの４０％以下の範囲を、例えば除去し難いシリカや硼素などの弱電解質の除去に効果が高いとされるアニオン交換樹脂交換樹脂の充填部分とするなど、特定の目的を補強したり、付加する場として活用することもできる。
【００４２】
濃縮室は、通水性が確保できる範囲であれば、狭い方が脱塩室を広くあるいは多くできる余裕が生じるので好ましい。
濃縮室から脱塩室への塩分拡散を極力抑制するために、濃縮室液の塩分濃度を純水近くの低濃度とし、これによる低い電導性を改善するために濃縮室のみならず電極室にもイオン交換樹脂等のイオン電導体；炭素、耐食性金属などの電子電導体の粒子または網などを充填してもよい。
【００４３】
本発明で使用できるイオン交換膜は、均質膜、不均質膜；さらに炭化水素系膜、フロロカーボン系膜；さらには繊維補強された膜、補強のない膜など電気透析装置および電気再生式純水製造装置に使用されている全てのイオン交換膜が原則的に使用できる。
使用するイオン交換膜、イオン交換樹脂は、スルフォン酸基を交換基とするカチオン交換体または第４級アンモニウム基を交換基とするアニオン交換体である。
【００４４】
イオン交換樹脂の内部構造については、ゲル型、ポーラス型、ハイポーラス型等のいずれであってもよく、その粒径は、好ましくは０．１〜１．５mm、より好ましくは０．１５〜０．８mmの大きさであるのがよい。このイオン交換性イオン交換樹脂の粒径が０．１mmより小さくなると通水性が悪化し、反対に、１．５mmより大きくなるとイオン交換樹脂が割れ易くなり、長時間の使用により性能が変化する場合が生じる。一定粒径以下のを除去したもの、あるいは均一粒径タイプなどは特に好ましい。
以下実施例により本発明の説明を続ける。
【００４５】
以下の試験は、実験用電気透析装置ＭＥ−Ｏ型（エイエムピーアイオネクス株式会社製）を使用し、この試験機の脱塩室用室枠および濃縮室用室枠は、厚さ０．８５ｍｍ、有効面積５０ｃｍ２であり、斜交ネットが室枠に固定されている。
以下の試験は脱塩室１室、その両側に濃縮室さらに両外側に電極室を配した構成で実施し、電極室および濃縮室の室液は電導度一定値に制御した共通液として供給し、脱塩室については下記する工夫を加えて試験を実施した。
イオン交換膜は旭硝子株式会社製のカチオン交換膜ＣＭＶおよびアニオン交換膜ＡＭＶを使用し、またイオン交換樹脂は均一粒径タイプとして市販されている強酸性カチオン交換樹脂（ダウケミカル社製、商品名：モノスフィアー６５０Ｃ、平均粒径６５０μｍ）と強塩基性アニオン交換樹脂（ダウケミカル社製、商品名：モノスフィアー５５０Ａ、平均粒径５９０μｍ）を、そのまま用いた。
【実施例１】
【００４６】
電流電圧曲線
ポリエチレンを島成分、イオン交換体を海成分とする海／島構造をしたイオン交換繊維を主要構成成分として、抄紙および熱処理して調整された、アニオン交換シート（東レ株式会社製、AP-L）およびカチオン交換シート（同、CP-L）を、先ず、沸騰水に３０秒間浸漬処理することにより、０．４ｍｍの厚さにプレスされて緻密になっているシートを、嵩高さの増した状態に緩和した。室温か湿潤状態における厚さはほぼ１ｍｍであった。
「斜交ネットを取り除いた脱塩室用室枠」を４枚を重ねて脱塩室一室とし、この中に、それぞれ室内いっぱいのサイズのアニオン交換シート（以後、「Ａ」と言うことがある）２枚、カチオン交換シート（以後、「Ｃ」と言うことがある）２枚の計４枚のイオン交換シートを収容し、脱塩室には純水を上昇流で注入後水の供給は停止状態のままとし、濃縮室の室液を２００μＳ以下に保ちつつ５日間６０ｍＡの電流を流し、脱塩室内のイオン交換シートを遊離型に調整した。
４枚のイオン交換シートの配置を、アニオン交換膜側より、[１]Ａ、Ａ、Ｃ、Ｃ；[２]Ｃ、Ｃ、Ａ、Ａ；[３]Ｃ、Ａ、Ｃ、Ａととした３ケースについて、極間電位を変えて電流と脱塩室にかかる電位差を測定し、結果を図４に示した。なお、この測定中、濃縮室と電極室の室液電導度は１００μＳ／ｃｍに保持し、脱塩室電位は脱塩室のアニオン交換膜とカチオン交換膜の脱塩室外側に接触せしめた白金線にかかる電位差をデジタルボルトメーターで測定した。
水解が起こるイオン交換樹脂群界面は、[１]ではＡ／Ｃの１ヶ所、[２]はアニオン交換膜／ＣおよびＡ／カチオン交換膜の２ヶ所、[３]ではアニオン交換膜／Ｃ、Ａ／ＣおよびＡ／カチオン交換膜の３ヶ所である。
図１に示した結果は、逆バイアス界面が増すと、膜間の電位（電気抵抗）が上昇することを示しており、膜間に１ヶ所のイオン交換樹脂群界面である[１]のケースが最も低い電圧で電流を通すことができる。
【実施例２】
【００４７】
「斜交ネットを取り除いた脱塩室室枠」を６枚重ねてなる新たな脱塩室（膜間距離は５．１ｍｍ）を用意し、一方で１２０デニールの熱接着性ポリエチレン製モノフィラメントより構成された、１．５ｍｍの目開きを有するネットにポリ乳酸の溶剤溶液を含浸処理して得られた複合シートに、２ｍｍと５ｍｍの間隔をおいて折り曲げ目的のミシン目を作り、２ｍｍ間隔で幅２ｍｍ，奥行き５ｍｍの側溝状凹部を表裏に有するセパレーターを作り、角を切断して、脱塩室内に収容した。
次にアニオン交換樹脂９０％カチオン交換樹脂１０％よりなる樹脂群Ａと、カチオン交換樹脂９０％アニオン交換樹脂１０％よりなる樹脂群Ｃとを、セパレーターの表裏に分けて収容し、両側に所定のイオン交換膜をあてがい、最終的に中央に脱塩室１室、その両側に濃縮室さらに両外側に電極室よりなる装置構成とした。
さらに、脱塩室にポリ乳酸シートの分解剤としての１０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を３５℃で３０時間循環後、水洗、１規定硫酸で中和、水洗よりなる操作を繰り返して,ネットを層間に残しポリ乳酸を除去した。これを本発明装置Ａとする。
【実施例３】
【００４８】
前記実験装置の脱塩室と断面形状は同じであるが室枠幅（膜間距離）を１００ｍｍに拡大した特製脱塩室室枠を用意し、該室枠を使用状態同様、立てた状態とし、枠内に、前例で用いた樹脂群Ａ、複合シート、樹脂群Ｃを用い、この順に下部より上方に順次積層した。
この間、上部が水平かつ同じ高さの二枚の板で脱塩室枠を挟みつつ、樹脂層を積層する毎に室枠を一定間隔ずつ下げ、その下げ幅（１．５ｍｍ）で樹脂層の厚みを制御し、最後に両サイドに所定のイオン交換膜をあてがい、以下、前例同様に、装置の組立、ポリ乳酸の分解除去を行った。これを本発明装置Ｂとする。
【００４９】
参考例
実施例３において、複合シートの代わりに、厚さ０．１ｍｍのポリ乳酸フィルムを用いる以外、実施例３と全く同様にして装置Ｃを得た。この装置Ｃは、「本発明法」を利用して調整されているが、層間にネットが無いので「本発明装置」ではない。脱塩性能では殆ど差が出ていないが、セル間電位が高めで消費電力での差が見られる。
【００５０】
装置の脱塩性能等の確認
いずれの装置も、先ず脱塩室内に大過剰の２モル食塩水を通し、ついで脱イオン水で十分に洗浄した後、電極室および濃縮室の室液を１００μＳ／ｃｍの電導度に保ちつつ、脱塩室には脱イオン水を食塩で調整した電導度１０μＳ／ｃｍの水を被処理水として上昇流でＳＶ２０の速度でもって供給し、これを３０日間続けたところで、得られる処理水の比抵抗と脱塩室にかかる電位差を測定し、表１の結果を得た。
【００５１】
【表１】
2005095704.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１の結果を示した説明図。
【図１】
2005095704.tif 000003